扦插棚內(nèi)外甜櫻桃矮化砧吉塞拉植株光合特性的比較研究

徐秀玉++車興凱++高華君++王家喜++孫山

摘要：為給甜櫻桃矮化砧吉塞拉綠枝扦插苗的大田移栽技術(shù)提供參考依據(jù)，以盆栽的‘吉塞拉6號為試材，對扦插棚內(nèi)、外生長的幼苗葉片形態(tài)和光合特性進(jìn)行了比較研究。結(jié)果顯示：與棚外植株相比，棚內(nèi)植株的葉面積、葉綠素含量分別提高了51.0%、81.2%，而比葉重、葉綠素a/b值卻降低了35.9%、18.9%；棚內(nèi)植株葉片的羧化效率、光合能力、光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)和水分利用效率分別下降20.59%、18.49%、45.90%、28.57%和15.98%.但表觀量子效率增加29.91%；棚內(nèi)植株的光合最適溫度范圍變寬，為25-32℃；葉綠素?zé)晒獾姆枪饣瘜W(xué)猝滅（ NPQ）的啟動速率和啟動后值均明顯降低。結(jié)果表明，低光、高濕環(huán)境下生長的棚內(nèi)幼苗不僅光合能力弱，熱耗散能力也低，即使經(jīng)過20天的適應(yīng)鍛煉，其葉片結(jié)構(gòu)和光合功能仍沒有達(dá)到自然光下發(fā)育葉片的水平。

關(guān)鍵詞：吉塞拉；扦插棚；光合特性；葉綠素?zé)晒?/p>

中圖分類號：S662.501

文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942 （2015）12-0020-04

甜櫻桃矮化砧木吉塞拉是德國以歐洲酸櫻桃（Prunus cerasus）與灰毛葉櫻桃（P.canescens）進(jìn)行種間雜交培育的三倍體雜種，其與大多數(shù)甜櫻桃品種嫁接親和良好，具有明顯的矮化、早實(shí)、豐產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。由于吉塞拉為無性系砧木，不能采用種子繁殖，而常規(guī)壓條及硬枝扦插生根又很困難，其苗木繁育目前多采用當(dāng)年生的嫩梢進(jìn)行綠枝扦插。吉塞拉綠枝扦插在大棚內(nèi)進(jìn)行，插條的生根、生長均處于適宜的光照、濕度及溫度等環(huán)境條件下，夏季移栽大田時(shí)，會遭遇強(qiáng)光、相對濕度降低等環(huán)境脅迫，成活率較低。

本研究以扦插棚內(nèi)、外生長的吉塞拉盆栽苗為材料，重點(diǎn)比較兩種環(huán)境下植株的光合特性差異，為制定提高大田移栽成活率的技術(shù)措施提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2014～2015年在山東省果樹研究所試驗(yàn)場進(jìn)行。春季發(fā)芽前，取1年生‘吉塞拉6號（PnLnus cerasus×P.canescens）扦插苗進(jìn)行盆栽，盆口直徑20cm，高18cm。每盆裝配制營養(yǎng)土（熟園土：沙：干雞糞=7：2：1）3.5kg，種植1株。將10株置于自然光強(qiáng)下，10株置于扦插棚內(nèi)。正常澆水和病蟲害防治管理。8—9月間對棚內(nèi)苗適應(yīng)鍛煉（去遮陰網(wǎng)，放風(fēng)降溫、降濕）20天后，每株固定選取新梢中部完全展開的功能葉測定。

1.2 測定項(xiàng)目及方法

1.2.1 光合氣體交換參數(shù)的測定采用CIRAS-3型便攜式光合系統(tǒng)（PP Systems，美國）測定，測定光強(qiáng)、CO₂濃度和葉溫等均由CIRAS-3自控系統(tǒng)控制。光合啟動和水分利用效率（WUE）測定時(shí)，光強(qiáng)為1000 μmol.m^-2-2.s^-1，C0₂濃度為370μmol·mol^-1，葉溫為（25±0.2）℃，相對濕度為75%。水分利用效率的計(jì)算參照Martin等的方法；光合響應(yīng)曲線的測定參考孫山等的方法。根據(jù)光強(qiáng)一光合（Pn-PAR）響應(yīng)曲線，計(jì)算表觀量子效率、光補(bǔ)償點(diǎn)，估算飽和光強(qiáng)、最大凈光合速率（A）；根據(jù)C0₂-光合（Pn-C0₂）響應(yīng)曲線和細(xì)胞間隙C0₂-光合（Pn-Ci）響應(yīng)曲線，計(jì)算羧化效率、C02補(bǔ)償點(diǎn)、C02飽和點(diǎn)，以氣孔限制值（Ls）為零（以Ci為370μmol.mol^-1計(jì)算）時(shí)的光合速率代表光合能力（ A370），氣孔限制值按Ls=（1-A/A₃₇₀）×100%計(jì)算。測定溫度一光合（Pn -T）響應(yīng)曲線時(shí)，從15～45℃分13個(gè)梯度，在每一溫度下適應(yīng)10min后進(jìn)行測定。

1.2.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定葉綠素?zé)晒鈪?shù)采用FM-2型便攜脈沖調(diào)制式熒光儀（Hansatech，英國）測定。將待測葉片暗適應(yīng)30min后測最大熒光（Fm），然后將葉片置于1000μmol.m^-2.s^-1的光強(qiáng)下，每隔20 s測1次光下最大熒光（Fm'）、穩(wěn)態(tài)熒光（Fs），計(jì)算實(shí)際光化學(xué)效率（φPSⅡ=1-Fs/Fm'）和非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ=Fm/Fm' -1）。

1.2.3 光合色素含量測定 葉片中葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量和葉綠素a/b（Chla/b）參照AmOn的方法測定。

1.2.4 葉面積及比葉重測定 葉面積采用Li -3000型自動葉面積儀（Li-COR，美國）測定，測定后將葉片105℃殺青10min，75℃烘干48h，取出稱其干重，計(jì)算其比葉重：比葉重=葉干重/葉面積。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及處理

采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，Sigma Plot 10.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 棚內(nèi)外吉塞拉植株葉片形態(tài)及其光合色素含量的差異

由表1可以看出，棚內(nèi)植株的葉面積比棚外植株提高了51.0%，而比葉重卻降低35.9%。棚內(nèi)植株葉片的光合色素含量明顯高于棚外植株，其中葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量分別增加了73.2%、116.7%、62.5%，導(dǎo)致棚內(nèi)植株葉片的葉綠素a/b比值（Chla/b）明顯低于棚外植株。表明，在棚內(nèi)生長條件下，植株?duì)I養(yǎng)生長受到促進(jìn)，葉綠素含量尤其葉綠素b含量提高，因而可以增強(qiáng)捕獲光能的能力，適應(yīng)棚內(nèi)低光環(huán)境，但葉片質(zhì)量明顯下降。

2.2 棚內(nèi)外吉塞拉植株葉片的光合作用對光合有效輻射的響應(yīng)

根據(jù)Pn-PAR響應(yīng)曲線，計(jì)算所得相關(guān)參數(shù)見表2。結(jié)果表明，與棚外自然光下生長的植株葉片相比，棚內(nèi)植株葉片的最大凈光合速率、光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)和水分利用效率分別下降27.22%、45.90%、28.57%和15.98%，但表觀量子效率增加了29.91%。受光強(qiáng)的影響，棚內(nèi)吉塞拉植株葉片具有部分陰生葉的特點(diǎn)，以適應(yīng)棚內(nèi)的低光、高濕環(huán)境，對強(qiáng)光、干旱的適應(yīng)調(diào)節(jié)能力較弱。endprint

2.3 棚內(nèi)外吉塞拉植株葉片的光合作用對C0₂濃度的響應(yīng)

根據(jù)Pn-C0₂、Pn-Ci響應(yīng)曲線，計(jì)算所得相關(guān)參數(shù)見表3。結(jié)果表明，棚內(nèi)植株葉片的羧化效率和光合能力（A₃₇₀）分別比棚外植株低20.59%和18.49%，而C0₂補(bǔ)償點(diǎn)比棚外植株高7.37%，暗示著其光合暗反應(yīng)活性及CO₂利用率低于棚外植株。此外，在相對濕度較低的自然條件下測定，棚內(nèi)植株葉片的氣孔限制值比棚外植株增加了8.12個(gè)百分點(diǎn)，表明棚內(nèi)植株耐旱性弱于棚外植株。

2.4 棚內(nèi)外吉塞拉植株葉片的光合速率對溫度的響應(yīng)

由圖1可以看出，非強(qiáng)光下，棚外植株的光合最適溫度為25～30℃，而棚內(nèi)植株的光合最適溫度范圍變寬，為25～32℃。高溫下棚內(nèi)植株光合速率的下降明顯慢于棚外植株，這可能與煉苗期間育苗棚內(nèi)中午的溫度較高有關(guān)。

2.5 棚內(nèi)外吉塞拉植株葉片光化學(xué)效率的比較

φPSⅡ的初始斜率表示光化學(xué)反應(yīng)的啟動速率，由圖2-A及表4可以看出，棚內(nèi)植株葉片的光化學(xué)反應(yīng)啟動較快，表明當(dāng)從暗處暴露到光下時(shí)，其光化學(xué)反應(yīng)能夠快速地啟動，在最短時(shí)間內(nèi)提高對光能的利用。但當(dāng)光化學(xué)反應(yīng)啟動后，棚外植株的φPSⅡ大于棚內(nèi)植株，表明光化學(xué)反應(yīng)啟動后棚外植株對光能的利用率高于棚內(nèi)植株。植物吸收光能后一方面進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，一方面將剩余的激發(fā)能大部分以熱的形式耗散掉，非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ）反映植物熱耗散能力的變化。棚內(nèi)植株葉片的NPQ啟動速率和啟動后值均明顯降低（圖2-B，表4），表明其熱耗散能力低于棚外植株。

3 討論與結(jié)論

植物在低光下生長會引起葉片在形態(tài)和結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化，部分具有陰生葉的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為葉片變薄、葉面積適當(dāng)增大、葉綠素含量增加等，這是植物對弱光環(huán)境的一種適應(yīng)，有利于植物捕獲較多的光能。本試驗(yàn)結(jié)果表明，棚內(nèi)吉塞拉植株葉片的光合色素含量、表觀量子效率明顯高于棚外植株，但是葉片質(zhì)量、羧化效率、光合能力、光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)均低于棚外植株，表明棚內(nèi)植株葉片已適應(yīng)低光環(huán)境，對強(qiáng)光的適應(yīng)調(diào)節(jié)能力較弱。光是植物進(jìn)行光合作用的能量來源，但如果其吸收的激發(fā)能不能被及時(shí)有效地耗散掉，過剩激發(fā)能會產(chǎn)生大量的活性氧分子，對光合器官和其它組織造成傷害，嚴(yán)重時(shí)造成植物死亡。當(dāng)棚內(nèi)扦插幼苗移栽至大田時(shí)，劇烈的強(qiáng)光脅迫將成為其面臨的首要障礙。

空氣濕度對植物的生長與發(fā)育也有重要影響，高濕度能增加葉面積，使氣孔增大，提高氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，同時(shí)引起氣孔對失水的反應(yīng)遲鈍，使其關(guān)閉速度慢于低濕度下生長的葉片。本研究中，棚內(nèi)吉塞拉植株葉片適應(yīng)棚內(nèi)的高濕環(huán)境，水分利用效率比棚外植株下降了15.98%，對干旱失水的調(diào)節(jié)保護(hù)能力較差。葉片失水會對光合結(jié)構(gòu)，特別是光系統(tǒng)I造成嚴(yán)重傷害。大田空氣濕度遠(yuǎn)低于育苗棚室，會進(jìn)一步加劇扦插幼苗的光抑制，也是其必須適應(yīng)的環(huán)境變化因子。

在長期進(jìn)化過程中，植物為了適應(yīng)多變的生長環(huán)境，形成了多種耗散過剩激發(fā)能、避免光合機(jī)構(gòu)遭受光破壞的保護(hù)機(jī)制，其中依賴葉黃素循環(huán)的熱耗散是最重要的保護(hù)機(jī)制之一。當(dāng)激發(fā)能過剩時(shí)，捕光天線色素蛋白復(fù)合體則會啟動熱能耗散，來減輕光抑制；棚內(nèi)植株葉片的NPQ的啟動速率和啟動后值均明顯降低，表明其熱耗散能力低于棚外植株。

本試驗(yàn)中棚內(nèi)植株在中低光下對高溫的耐受性增強(qiáng)，可能與后期去除遮陰網(wǎng)造成午間棚內(nèi)極端溫度較高有關(guān)。夏季大田自然條件下，高溫常常是伴隨著強(qiáng)光出現(xiàn)的，單純的人為變溫處理與大田條件下發(fā)生的光、溫協(xié)調(diào)變化相差較大，而且影響光合作用的另一重要生態(tài)因子空氣相對濕度也隨著光、溫的變化而變化。因此，移栽大田后自然高溫對植株的影響仍需進(jìn)一步研究。

綜上所述，棚內(nèi)吉塞拉植株不僅光合能力較低，熱耗散能力也較低，即使經(jīng)過適應(yīng)鍛煉后，其葉片結(jié)構(gòu)和光合功能仍未達(dá)到自然光下生長的植株葉片水平。endprint